CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA · 2020. 3. 2. · prof. vanderlei i paula [email protected] centro universitÁrio padre anchieta

PROF. VANDERLEI I PAULA

[email protected]

HTTPS://WWW.AQUITEMQUIMICA.COM.BR

CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA

mailto:[email protected]://www.aquitemquimica.com.br/

Atualmente...

Hoje, a indústria química mundial obtém mais de 90%

da matéria-prima para síntese de moléculas

orgânicas com base no petróleo. No futuro, por

razões econômicas, a alcoolquímica poderá vir a

substituir a petroquímica e o etanol poderá assumir o

lugar do petróleo como fonte de matérias-primas.

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Futuro...

No panorama que se abre para a consolidação mundial do

etanol (químico e combustível), dois aspectos centrais devem

ser considerados. Por um lado, o desenvolvimento de novas

tecnologias de produção com base na biomassa e, por outro, o

conceito de biorrefinarias. Esses aspectos são considerados nos

recentes planos dos governos da União Europeia e dos Estados

Unidos (EUA), que contemplam até medidas específicas de

estímulo à construção de refinarias baseadas no etanol.

Futuro...

Especialistas acreditam que as biorrefinarias possam vir a constituir

uma indústria-chave do século XXI, responsável até mesmo por uma

nova revolução industrial, em virtude da importância das tecnologias

que empregam e dos efeitos sobre o paradigma industrial. Essas

tecnologias são baseadas na utilização de toda a planta (todo o

complexo de biomassa) e na integração de processos tradicionais e

modernos.

Muitos especialistas consideram a conversão desses materiais um dos

maiores desafios dos próximos cinquenta anos, em que os líderes serão

as firmas e economias que conseguirem desenvolver tecnologias

alternativas à economia do petróleo

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Brasil...

No Brasil, além do êxito alcançado pelo etanol combustível,

também começa a surgir um interesse no etanol químico e

nota-se a redescoberta da alcoolquímica, implantada no

país na década de 1920, mas abandonada quando da

consolidação da petroquímica. No cenário atual, isso

decorre, em grande medida, das limitações para expansão

da produção química por causa das remotas perspectivas

de aumento da oferta doméstica de nafta petroquímica

(hoje restrita a algo entre 60% e 70% do consumo do país) e a

escalada de preços do produto importado. Além disso, há

potencial do país para tornar-se grande exportador de

etanol para o mundo, nos próximos anos.

Brasil...

A Região Sudeste, maior produtora nacional de etanol,

com volume de 19,7 milhões de m3 (59,6% da produção

brasileira).

Até meados de 2012 a cultura de cana de açúcar era

cortada a mão (em São Paulo, a colheita mecanizada

subiu de 30% para 99%).

Os preços relativos e perspectivas dos dois mercados, cujas

dinâmicas são bastante diferenciadas, uma vez que dois

terços da produção brasileira de açúcar é exportada e as

exportações vem crescendo nos últimos anos.

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Brasil...

No total (2018) são 382 unidades produtoras, a

maioria de pequeno porte ~33 bilhões de Litros.

Vendidos por 134 distribuidoras, sendo Raízen 19,5%,

Ipiranga 17,3%, BR 17,3%, Diamante 5% e outros.

Os principais produtores (players) são Cosan, São

Martinho, Vale do Rosário, Copersucar, Crystalsev,

Nova América, Itamarati, Cargill, Tereos, Evergreen,

Louis Dreyfus e Kidd & Company.

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O abastecimento nacional é atendido de duas formas:

importação e produção nacional

Abastecimento NacionalVenda Nacional de

Derivados de Petróleo

~2,3Milhões bpd

Venda Nacional de

Biocombustíveis

515Mil bpd

Importação Líquida (etanol, nafta,QAV, GLP, Gasolina e Diesel)

538Mil bpd

GasolinaGasolinaGasolina AGasolina AAA

32,4%32,4%32,4%32,4%

GNVGNVGNVGNV

2%2%2%2%

DieselDieselDieselDiesel

44,5%44,5%44,5%44,5%

BiodieselBiodieselBiodieselBiodiesel

3.7%3.7%3.7%3.7%

EtanolEtanolEtanolEtanol

17,4%17,4%17,4%17,4%

Não Renováveis: 78,9%

Etanol+biodiesel: 21,1%

Matriz veicular nacional

7omaior consumidor de

derivados de petróleo

do mundo

Capacidade Refinarias: ~ 2,4 milhões bpd (100%)

Capacidade Usinas de Etanol: ~ 570 mil bpd(33 bilhões de litros)

Capacidade Plantas de Biodiesel: 140 mil bpd

17 Refinarias

51 Plantas de Biodiesel

382 Usinas de Etanol

Relevante participação dos biocombustíveis

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433

74

8

Etanol Biodiesel (B100)

Produção e Importação Líquida

de Biocombustíveis (2017)

Produção Importação Líquida

Importação Líquida: 8 mil bpd

Produção Nacional: 507 mil bpd

699

477

165

105

53

385

215

69 57

10

179

-128

Diesel Gasolina GLP QAV Nafta Outros*

Produção e Importação Líquida de Derivados (2017) – em mil bpd

Produção Importação Líquida

Importação Líquida: 530 mil bpd (nafta, QAV, GLP, Gasolina e Diesel)

Produção Nacional**: ~ 1,9 milhões bpd

*lubs, OC, asfaltos, solventes, coque e outros energéticos/não energéticos

Produção e Importação por produto

Fonte: ANP/SIMP e SERCEX ** Produzido em refinarias, centrais petroquímicas, xisto e UPGNs

O Brasil está aumentando as exportações de petróleo mas continuará como importador

líquido dos principais derivados durante os próximos anos

Balança Comercial

Importação Líquida 2013 2014 2015 2016 2017 Dependência Externa

Diesel -171 -188 -118 -128 -215 24,7%

Gasolina -44 -32 -32 -38 -69 12,5%

Nafta -121 -118 -121 -149 -179 77,1%

Etanol 50 16 23 16 -8 1,7%

GLP -31 -37 -30 -39 -57 24,6%

QAV -32 -26 -23 -21 -9 8,2%

Exportação de Petróleo 381 519 737 798 997 Em mil bpd

~500mil bpd a

mais

Aumento da demanda por combustíveis e derivados

~20%crescimento

potencial da

demanda

EPE: PDE 2026

Crescimento da demanda maiorque o da oferta interna

Necessidade de investimentos para garantia

do abastecimento, com ênfase na entrada de

novos atores

Novos investimentos (e acesso) na

infraestrutura de

movimentação de produtossão tão primordiais quanto

projetos de refino

Foto: Petrobras Pro

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PASSADO PRESENTE

Mercado aberto, dinâmico e

competitivo, com pluralidade de

agentes

FUTURO ESPERADO

Monopólio de facto

• Interferência nos preços

praticados pela PetrobrasNecessidade de investimentos

Dependência de importações•

•

•

•

Preços de mercado

Risco de novos controles depreços ou adoção de práticas

anticoncorrenciais

•

•

Necessidade de investimentos

Aumento das importações

Necessidade de criação de um mercado aberto e competitivo

Monopólio de facto

•

•

•

Preços de mercado

Novos investimentos

Aumento da produção

domésticaRedução da dependência das

importações

•

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Efeito multiplicador: para

cada emprego criado no

refino, 20 vagas sãoabertas em outros

setores*

*A implantação de uma refinaria de petróleo em SUAPE-PE (2007)

Mariana Hipólito A. Ramos 1 , Andrea Sales S. de A. Melo2 e Francisco de Sousa

Ramos3 - VII Encontro da Sociedade Brasileira de Economia Ecológica”.

Uma nova refinaria

representa um

investimento de

US$ 8 a 10bilhões**

As refinarias

funcionam como

polos dedesenvolvimento

industrial

Além de contribuir para o abastecimento nacional, o setor de

refino gera emprego, renda e desenvolvimento

As consequências

** Para uma refinaria da ordem de 300 mil bpd

https://www.portosenavios.com.br/noticias/portos-e-

logistica/41578-empresa-chinesa-vai-investir-us-10-bi-para-

construir-refinaria-no-maranhao

A criação de um mercado de refino aberto, dinâmico e competitivo é fundamental

para garantir o desenvolvimento e o abastecimento de derivados

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Meio Ambiente

O etanol de cana-de-açúcar é o biocombustível com menor

pegada de carbono do mundo. No Brasil, a mistura de etanol

na gasolina é obrigatória por lei: 27% (E27) desde 2015. O

etanol é um orgulho nacional por sua eficiência energética

(fonte limpa e renovável de energia), pela sustentabilidade

em toda sua cadeia e pela geração de emprego e renda no

campo.

Meio Ambiente

Conclusões Para atender a demanda há a necessidade de atrairinvestimentos para ampliar o parque de refino e a

infraestrutura de movimentação de produtos no Brasil.

As oportunidades de investimentos no setor envolvem oaumento da demanda e as potenciais parcerias/desinvestimentos

da Petrobras. Dependem da prática de preços de mercado e

podem se beneficiar do custo do passeio logístico.

A execução do plano de parcerias/desinvestimentos da Petrobras

é a forma maisrápida para atrair a entrada de novosagentesque ajudem no atendimento da demanda e na criação de ummercado aberto,dinâmico e competitivo,a melhor forma de

garantir o suprimento, contribuir para o desenvolvimento do país

e atender as expectativas do consumidor no longo prazo aospreços mais justos possíveis: os preços praticados em um mercado

aberto e competitivo.

O Brasil é o 7º maior consumidor dederivados de petróleo do mundo e o 3º

maior em combustíveis rodoviários

O abastecimento nacional é atendido

por meio da produção nacional e da

importação

Estimativas apontam para o

crescimento da demanda porcombustíveis e o aumento da

dependência externa

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Antes de 2012

Alcoolquímica...

Alcoolquímica precedeu a implantação da

indústria petroquímica no Brasil em quase

quarenta anos, com a produção de cloreto de

etila, éter dietílico e ácido acético pela Rhodia.

Outros produtos fabricados no país com base no

etanol são os derivados acéticos (pela Rhodia e

Fonagra/Hoechst), o butanol e a acetona (Usina

Victor Sence), o eteno (Eletroteno/Solvay e Union

Carbide), o polibutadieno e o 2-etil-hexanol

(Elekeiroz do Nordeste).

Alcoolquímica...

O consumo mundial de gasolina está em torno de

1,5 trilhão de litros, e deverá alcançar 1,7 trilhão

de litros, em 2025.

O etanol é hoje o principal biocombustível

utilizado no mundo, embora o biodiesel, que até

recentemente era produzido quase

exclusivamente pela União Européia, em especial

Alemanha.

Usinas de Açúcar e Álcool

Setor Sucroalcooleiro

Produtos: Açúcar

Álcool (Etanol)

Energia Elétrica

Matéria-Prima: Cana-de-Açúcar

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Etapas do Processo:

1- Extração

2- Dosagem

3- Decantação

4- Evaporação

5- Cozimento e Cristalização

6- Centrifugação

7- Secagem e Ensaque

Açúcar Cristal

1- Extração:

Objetivo: Extrair toda a sacarose

contida no interior das fibras da cana.

Equipamentos: - Moendas

- Difusores

Açúcar Cristal

1- Extração: Açúcar Cristal

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1- Extração:


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2- Dosagem:

Objetivo: Tratamento químico com a

finalidade de purificar e clarificar o

caldo que vem da moenda.

Sulfitação: S + O2 SO2

Calagem: CaO + H2O Ca(OH)2

Faixa de pH: 3,8 a 4,2

Faixa de pH: 6,8 a 7,2

3- Decantação:

Objetivo: Remover impurezas presentes

no caldo, através de sedimentação.

- Decantador sem Bandejas

- Decantador com Bandejas (+ utilizado)

- Adição de Polímero

- Faixa de pH: 6,9 a 7,1

FLUXO DE CALDO E LODO

DECANTADOR CONVENCIONAL

EXTRAÇÃO

DE LODO

SAÍDA DE

CALDO

CLARIFICADO

SAÍDA DE

CALDO

3- Decantação:

BOMBA DE LODO

PARA

LIQUIDAÇÃO

EXISTENTESSAÍDA DE

CALDO

PARA TANQUE

DE LODO

CONTROLE

AUTOMÁTICO DE

RETIRADA DE LODO

BALÃO DE FLASH

ENTRADA

DE POLÍMERO

ENTRADA

DE CALDO

DECANTADOR

SEM BANDEJA

FLUXOGRAMA DE TRATAMENTO DE CALDO

TANQUE

PULMÃO

INVERSOR DE

FREQUÊNCIA

TANQUE DE

CALDO

SULFITADO

TANQUE DE

CALDO

CALEADO

ÁCIDO

FOSFÓRICO

MEDIDOR

DE VAZÃO

LEITE

DE CAL

CALDO FILTRADO

CALDO MISTO

ENTRADA DE

CALDO MISTO

HIDRO-EJETOR

SO2

AQUECEDORES

CALDO

CLARIFICADO

PENEIRADO

POLÍMERO

BALÃO

DE FLASHDECANTADOR

S/ BANDEJA

CONTROLE AUTOMÁTICO

DE RETIRADA DE LODO

Tratamento de Caldo:

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Tratamento de Caldo:

Filtros Rotativos a Vácuo:

Objetivo: Recuperar parte da sacarose

que está contida no lodo dos

decantadores.

- Adição de Bagacilho


BOMBA DE

CALDO

FILTRADO

CAIXA

DE LODO

Lodo dos

decantadores

Bagacilho

CAIXA DE

CALDO

FILTRADOBOMBA DE

LODO

BALÃO DE

ALTO VÁCUO

Caldo filtrado

para processo

FILTRO

ROTATIVO

À VÁCUO

Torta de

Filtro

BALÃO DE

BAIXO VÁCUO

SEPARADOR

DE ARRASTE

Ar para

atmosfera

BOMBA

À VÁCUO

Água

residual

Água para

condensação e

resfriamento

SIFÃO

CONDENSADOR

BAROMÉTRICO


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4- Evaporação:

Objetivo: Concentrar o caldo decantado,

através da retirada de água, elevando de

15°Brix até 60°Brix.

- Pré Evaporadores

- 4 Caixas de Evaporação

- Múltiplo Efeito

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4- Evaporação:

5- Cozimento e Cristalização:

Objetivo: Evaporar o restante da água,

de forma controlada, favorecendo o

aparecimento de cristais de sacarose

(açúcar).

- Pressão: 15 pol Hg (vácuo)

- Temperatura: ± 60°C

- Tempo: ± 4 horas

5- Cozimento e

Cristalização:


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5- Cozimento e

Cristalização:

Etapas do Processo:

1- Extração

2- Dosagem

3- Decantação

4- Fermentação

5- Separação

6- Destilação

Álcool (Etanol)

Pré-

fermentador

H20

H2SO4

Penicilina

Melaço

Água

Misturador

Fermentador 1

Fermentador 2

Para unidade de

destilação

Fermentador 3Tanque

Pulmão

H20

AR

1- Fermentação e Turbinagem:

2- Destilação:

2- Destilaria:

Situação atual e perspectivas de expansão do setor sucroalcooleiro no Brasil e no Mundo

A ENERGIA PRIMÁRIA DA CANA-DE-AÇÚCAR

1/3 Caldo 145kg ATR -Açúcares Totais Recuperados

1/3 Bagaço 276 kg 50% umidade

1/3 Palha 165kg

15% umidade

608x10³kcal

598x10³kcal

512x10³kcal

1718x10³kal

1 BARRIL DE PETRÓLEO = 1386 x 103 KCAL

1 ton cana energia primária equivalente a 1,2 barris de petróleo

Produção atual - safra ± 425 milhões de toneladas de cana

EQUIVALENTE A ± 510 MILHÕES DE BARRIS DE PETRÓLEO / ANO.

1,39 milhões de Barris de Petróleo/dia

Fonte: CTC

Cana-de-açúcar

Energia

Expansão

Produção

Circulo virtuoso para o desenvolvimento sustentado

Bioeletricidade

3° produto

Potencial de geração

Desenvolvimento

tecnológico

Etanol

Mercado

Interno e externo

MW MW med. MW MW med.

2006/07 (real) 430 108 88 195 2896 1448 2896 1448

2007/08 478 120 98 217 3572 1786 3972 1986

2008/09 514 129 105 233 4406 2203 5448 2724

2009/10 558 140 114 253 5436 2718 7472 3736

2010/11 601 150 123 273 6704 3352 10250 5125

2011/12 647 162 132 294 8270 4135 14058 7029

2012/13 696 174 142 316 10202 5101 19284 9642

2015/16 829 207 169 376 12152 6076 22968 11484

2020/21 1038 260 212 471 15214 7607 28758 14379

Notas

(1) Safras = dados da UNICA

(2) 1 tonelada de cana = 250 kg de bagaço (UNICA);

(3) 1 tonelada de cana = 204 kg de palha e pontas (Koblitz).

(4) 1 tonelada de cana (só bagaço) gera 85,6 kWh para exportação; Fator de Capacidade = 0,5 (Koblitz)

Supõe a utilização de 75% do bagaço disponível em 2012/13 (sem utilização de palha e pontas)

(5) 1 tonelada de cana (bagaço + palha) gera 199,9 kWh para exportação; PCI da palha = 1,7 PCI do bagaço; Fator de Capacidade = 0,5 (Koblitz)

Supõe a utilização de 75% do bagaço disponível em 2012/13 e 50% da palha disponível no mesmo ano

1 tonelada de bagaço gera 342,4 kWh para exportação e 1 tonelada de palha gera 560,3 kWh para exportação

Potencial bagaço + palha (5)

Disponibilidade de Biomassa e Potencial de Exportação de Bioeletricidade

Expansão da Bioeletricidade - Brasil

Produção de Cana, Bagaço e Palha - Milhões de toneladas

Potencial só bagaço (4)Bagaço +

PalhaSafra Cana (1) Bagaço (2)

Palha e

ponta (3)

3,4

4,1

5,15,1

7,0

9,6

0

2

4

6

8

10

12

2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2011/12 2012/13

10

00

MW

mé

dio

bagaço (75%) bagaço (75%) + palha (50%)

Madeira (Santo Antônio)(2.000 MWm)

Itaipú(9.699 MWm)

Angra 3

(1.200 MWm)

ESTIMATIVA DO POTENCIAL DA BIOELETRICIDADE NO BRASIL

Pressupostos: a) safra 2006/2007: realizado; b) safra 2012/13 → estimativa baseada nos seguintes valores: 695 milhões de toneladas de cana-de-açúcar, 1 tonelada de cana-de-açúcar produz250 kg de bagaço e 204 kg de palha/ponta, 1 tonelada de cana (só bagaço) gera 85,6 KWh para exportação, 1 tonelada de cana (bagaço + palha/ponta) gera 199,9 KWh para exportação, PCI da palha = 1,7 PCI do bagaço, fator de capacidade = 0,5; c) demais anos: valores estimados a partir de uma tendência de crescimento. Fonte: Cogen, Unica. Elaboração: Unica

EXPANSÃO DA OFERTA DE CANA

O POTENCIAL DA BIOELETRICIDADE

DEMANDA BRASILEIRA POR ENERGIA ELÉTRICA

1400

2900

3200

2011 2012 2013

Necessidade de contratação

1000

680

Hidrelétrica

1400

1900

2520

Bioeletricidade

Potencial da biomassa e

hidrelétricas é suficiente

para cobrir toda a

demanda (sem utilizar

nenhuma “fonte suja”)

(ACR) quantidade (ACL)

í

disponibilidade (ACR) quantidade (ACL)

í

➢ Tempo de construção reduzido

✓ Implantação em 24-30 meses

➢ Renovável e limpa

✓ Reduzido impacto ambiental

✓ Proporciona créditos de carbono

➢ Período de safra complementar ao hidrológico

✓ Bioeletricidade é produzida em período seco (hidrologia)

➢ Projetos de menor porte e espectro mais amplo de investidores

✓ Elimina riscos de atrasos e problemas na construção

➢ Fortalece a indústria nacional de equipamentos e a geração de emprego e renda

➢ Disponível no “coração” do sistema elétrico interligado

POTENCIAL DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NOVA POR TIPO DE FONTE

EXPANSÃO DA PRODUÇÃO

2006/07 2010/11 2015/16 2020/21

Produção cana-de-açúcar (milhões t) 430 601 829 1.038

Área cultivada (milhões ha) 6,3 8,5 11,4 13,9

Açúcar (milhões t) 30,2 34,6 41,3 45,0

Consumo interno 9,9 10,5 11,4 12,1

Excedente para exportação 20,3 24,1 29,9 32,9

Álcool (bilhões litros) 17,9 29,7 46,9 65,3

Consumo interno 14,2 23,2 34,6 49,6

Excedente para exportação 3,7 6,5 12,3 15,7

Bioeletricidade (MWmédio) 1.400 3.300 11.500 14.400

Participação na matriz elétrica brasileira (%) 3% 6% 15% 15%

Nota: potencial bioeletricidade → para a safra 2010/11 considerou-se apenas a utilização de 75% do bagaço; para as safras 2015/16 e 2020/21

considerou-se a utilização de 75% do bagaço + 50% da palha disponíveis. Elaboração: Unica, Copersucar e Cogen.

BRASIL: LOCALIZAÇÃO DAS PLANTAS

Fonte: NIPE-UNICAMP, IBGE e CTC. Elaboração: Unica.

Plant in construction

or in project

Current

plant

AMAZÔNIA

Pantanal

Cana-de-açúcar

Expansão baseada no aumento da produtividade

do uso extensivo de PASTAGENS nos anos 70

para o sistema integrado de AGRICULTURA (soja,

milho, algodão e cana-de-açúcar) e PECUÁRIA

(bovinos, aves e suínos)

BRASIL: AGRICULTURA X PASTAGENS

0

50

100

150

200

250

1940 1950 1960 1970 1975 1980 1985 1996

Pastagens Cultivadas

Pastagens Naturais

Outras

Fonte:

Culturas → IBGE-Estatísticas do século XX, IBGE-Sidra e IPEADATA-Séries Históricas.

Pastagens → IBGE-Censos agropecuários 1940, 1950, 1960, 1970, 1975, 1980, 1985 e 1995/96. Elaboração: Icone e Unica.

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AGRICULTURA X PASTAGENS

Se a lotação média no Brasil fosse de 1,4 cabeça/hectare

50-70 milhões de hectares de pastagem poderiam ser

disponibilizados para a agricultura

Fonte: Rebanho brasileiro → IBGE. Pesquisa agropecuária municipal. Acesso em 12/09/2007; Rebanho e área de pastagem em São Paulo → Amaral, A.M.P. et al.

Estimativa da produção animal no Estado de São Paulo para 2006. Informações Econômicas. São Paulo: Instituto de Economia Agrícola, v.37, n.4, p.91-104, abr.2007.

Efetivo do

rebanho bovino (milhões cabeças)

Área de

pastagem

(milhões hectares)

Lotação média (cabeças/hectare)

Brasil 207,1 200-220 ≈ 1,0

São Paulo 14,1 10 ≈ 1,4

Valores para o ano de 2005

ESTIMATIVA DO EMPREGO

NA PRODUÇÃO DE CANA-DE-AÇÚCAR

2006/07 2010/11 2015/16 2020/21

Produção cana-de-açúcar (milhões t) 299 370 457 544

Área com colheita mecânica (%) 40% 70% 100% 100%

Número de empregados

Colheita manual (mil trabalhadores) 189,6 107,4 0 0

Colheita mecânica (mil trabalhadores) 15,5 30,8 59,5 70,8

Indústria (mil trabalhadores) 55,3 62,6 68,3 75,3

Total (mil pessoas) 260,4 200,8 127,8 146,1

Estimativas para o Estado de São Paulo

Nota: estimativa com base nos coeficientes de utilização de mão-de-obra atuais; não inclui funcionários envolvidos na gestão e administração da

produção. Elaboração: Unica.

Qualificação de

trabalhadores

para o setor

Redução de 114 mil empregosRequalificação

para outros

setores

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Toneladas por hectare (2006)

BRASIL: CONSUMO DE FERTILIZANTES PELAS PRINCIPAIS CULTURAS

Nota: Para determinar o consumo de fertilizantes por hectare dividiu-se a estimativa de consumo de fertilizantes pela área plantada com cada

cultura. Fonte: Anuário estatístico do setor de fertilizantes 2006. Associação Nacional para Difusão de Adubos-ANDA. São Paulo, 2007. p.34

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Nota: Defensivos: herbicida, fungicida, inseticida, acaricida e outros (antibrotantes, reguladores de crescimento, óleo mineral e espalhante adesivo).

Fonte: Venda de defensivos obtida em Sindag (2007) e estimativa de área plantada obtida em IBGE (2007).

kg de ingrediente ativo por hectare (2006)

BRASIL: CONSUMO DE DEFENSIVOS PELAS PRINCIPAIS CULTURAS

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PERDAS DE SOLO

Fonte: Bertoni, et al. (1998), apud Donzelli, J.L. Erosão na cultura da cana-de-açúcar: situação e perspectivas. In: Macedo, I.de C. (org). A energia da cana-

de-açúcar, São Paulo. 2005.

CAPTAÇÃO DE ÁGUA PELAS USINAS

Nota: valores obtidos a partir de vários levantamentos: a) PERH-1994/95 para 1990; b) Levantamento CTC (34 usinas) para 1997; c) Levantamento UNICA/CTC em 2005.

Fonte: Elia Neto, A. Captação e uso de água no processamento da cana-de-açúcar. In: Macedo I.C. et al.(org). A energia da cana-de-açúcar São Paulo. 2005.

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1990 1997 2005

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Média dos levantamentos realizados por amostragem

Apesar do uso de volumes elevados de água, a captação pelas empresas vem sendo reduzida em função do

aperfeiçoamaneto dos controles internos e reuso

Composição da Cana de Açúcar após colheita

• Açúcar: 12-18%

• Fibra: 12-14% (sem computar os resíduos de colheita)

• Cera 0,1-0,3%

• Cinza: 2-3%

Setor Sucroalcooleiro e a Produção de Etanol.Transformações após o Protocolo de Kioto

Conversão da sacarose da cana

Usina de açúcar

•Açúcar: 120 kg/T

•Etanol do melaço: 7 l/T

Açúcar / Etanol (50/50) (Usina com Destilaria anexa)

•Açúcar: 67 kg/T

•Etanol: 42 l/T

Etanol (Destilaria Autônoma)

•Etanol: 85 l/T


BAGAÇO INTEGRAL

FIBRA MEDULA

CELULOSE % 46,6 47,7 41,2

HEMICELULOSE % 25,2 25,0 26,0

LIGNINA % 20,7 19,5 21,7

LIGNOCELULÓSICOS 45%

SÓLIDOS INSOLÚVEIS 2-3%

SÓLIDOS SOLÚVEIS 2-3%

UMIDADE 50%

COMPOSIÇÃO DO BAGAÇO DE CANA


Bagaço excedente


COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS RESÍDUOS DA COLHEITA DE CANA

(Palha)

CELULOSE 45,1%

HEMICELULOSE 25,6%

LIGNINA 12,7%

OUTRAS MATÉRIAS ORGÂNICAS

4,3%

CINZA 8,0%

UMIDADE 9,7%


Palha de cana



Abolição da queima de cana


A HIDROLISE PODE SER FEITA EMPREGANDO DIVERSOS MATERIAIS LIGNOCELULÓSICOS

REQUERIMENTOS PARA AS MATERIAS PRIMAS BAIXO CUSTO

DISPONIBILIDADE

NO BRASIL A MATERIA PRIMA MAIS APROPRIADA É O BAGAÇO DE CANA

(FUTURAMENTE A PALHA)

NÃO REQUER PREPARO

ESTA DISPONIVEL EM GRANDES VOLUMES

ESTANDO DISPONIVEL NO LOCAL NÃO ENVOLE CUSTOS ADICIONAIS DE TRANSPORTE

SEU CUSTO É COMPARATIVAMENTE MENOR

COMPOSIÇÃO DO

BAGAÇO DE CANAHEMICELULOSE

CELULOSE

LIGNINA


Kg Kg litros

hidrolise fermentação

celulose 200 glicose 209 etanol 123

hemicelulose 158

lignina 100 xilose

proteinas 17 arabinose 126 etanol 63

cinza 25

agua 500 total 186

Potencial de conversão do Bagaço em etanol


Hidrólise Química

Hidrólise Enzimática

Prétratamentos

Solventeorgânico

Ácido

concentrado

Ácido

diluído

TECNOLOGIADHR

Processo DHR (Dedini Hidrólise Rápida)


• Processo para hidrólise de bagaço que combina pré-tratamento organosolv e hidrólise com ácidos diluídos;

• Características: dissolução total do bagaço, reação rápida num único reator a pressão de 20-25 Bar e 180-200 ºC;

• Estagio atual: testado em laboratório e bancada por vários anos, atualmente nos testes iniciais de uma unidade piloto que trata 1 tonelada de biomassa seca por hora para produção de 5000 litros por dia de etanol;

• No estagio atual o processo esta previsto para aproveitar unicamente as hexoses e operar anexo a destilaria, realizando a fermentação alcoólica num mosto formulado com caldo, xarope ou mel e o licor hidrolítico proveniente do DHR.

• Vantagens: licor hidrolítico comparativamente mais concentrado, alta taxa de conversão do celulósico, formação de inibidores controlada, flexibilidade para integração com tecnologia futuras (hidrólise enzimática)

PROCESSO - DHR

REATOR

TQ. PREPARO DE

HIDROSSOLVENTE

COLUNA

RECUP. DE

ETANOL

FERMENTAÇÃO

BALÕES

DE

FLASH

CONDENSADORESETANOL

BAGAÇO

H2SO4

TANQUES

LIGNINA


INTEGRAÇÃO DHR

DESTILARIA DE ÁLCOOL

OU USINA DE AÇÚCAR COM DESTILARIA ANEXA

(PROCESSO TRADICIONAL OTIMIZADO

ENERGETICAMENTE)

DHR

ÁLCOOL

CANA

PALHA

EFLUENTE

BIOGÁS

PALHA ENERGIAVINHAÇA

ENERGIA EXCEDENTE

BAGAÇO

+ PALHA

HIDROLISADO

LIGNINA

ENERGIA

AÇÚCAR

BIODIGESTÃOCALDEIRA +

TURBOGERADOR

ÁLCOOL



Expectativas da Hidrólise

• Um aumento expressivo da produção do etanol sem aumentar a área de plantio

• A hidrólise de lignocelulósicos não têm atingido ainda viabilidade técnica e econômica;

• O sucesso para atingir um processo comercial está vinculado a melhorar: pré-tratamentos, otimizar a reação de hidrólise ácida ou enzimática.

• Desenvolver complexos enzimáticos eficientes e de baixo custo.

• Os processos devem ser rigorosos no que tange à agressão ao meio ambiente.

A Usina de açúcar com complexo Industrial para produção de novos produtos

• Matérias primas para produção de novos produtos : açúcar, álcool, xarope,melaço, bagaço, levedura seca, óleo de fusel, torta de filtro, dióxido de carbono, vinhoto;

• Energia térmica:vapor de baixa pressão para aquecimento(1,5-1,7 Kg/cm²) e alta pressão(20, 40, 60 Kg/cm²);

• Energia elétrica e mecânica proveniente de vapor de alta pressão (20, 40, 60 Kg/cm² );


Sucroquímica (açúcar, xarope e melaço)

• Frutoligosacarídeos;

• Polihidroxibutirato(PHB)

• Ácido láctico e polilactinas;

• Ácidos orgânicos: cítrico, glucónico, málico e itacónico (outros ácidos);

• Aminoácidos e MSG;

• 1-3 propanodiol;

• 2-3 butanodiol;

• Xantana e Dextrana

• Esteres de sacarose


Produtos a partir de etanol (Alcoolquímica)

• Rota fermentativa:

Ácido acético

• Rota Química:

– Rota do etileno: polímeros

– Rota do aldeído: ácido acético, acetatos


Produtos a partir de bagaço(futuramente resíduos da colheita:pontas e folhas)

• Furfural,álcool furfurílico, resinas e derivados químicos a partir da rota do furfural

• xilose e xilitol

• Hidrólise de bagaço para: hexoses fermenteciveis para etanol, Sucroquímica, HMF e derivados

• lignina e derivados de lignina

• papelão e celulose de bagaço

• aglomerados e MDF


Dióxido de carbono

Dióxido de carbono de alta pureza e purificação final de baixo custo está disponível numa quantidade equivalente em peso ao volume de etanol produzido

• CO2 de alta pureza para sínteses químicas

Produção de bicarbonatos e carbonatos


A cera apresenta os seguintes níveis de concentração

dependendo do tipo de solo, da idade da cana, do tipo decolheita (cana queimada ou crua), dentre outros:

•cera recuperável na torta está próxima de 0,1% da cana•entre 1,5 e 3,5 % na torta de filtro úmida;•entre 5 e 15 % na torta de filtro seca;

• Utiliza-se o processo de extração com solvente;• Na cera de cana-de-açúcar estão presentes fitosteróis eo policosanol (P.P.G), benéficos para a saúde.

Cera de Cana


▪ Vinhoto e torta de filtro: reciclados a lavoura para atender parte das necessidades de fertilizantes;

▪ Consumo de água: reduzido a 3 m3/TC e numa meta futura a menos de 1 m3/TC;

▪ Queima de cana : Cronograma de redução gradativa até eliminação da prática;

▪ Pesticidas : substituídos por controle biológico de pragas;

▪ Herbicidas: redução do emprego de químicos pela cobertura com colchão de palha

Redução do impactos negativos no meio ambiente



• Recirculação na fermentação: Biostil e outros (dificuldades operacionais)

• Concentração por membranas (custo elevado)• Concentração térmica (incrustações, consumo

energético elevado)• Biodigestão (baixa taxa de conversão, inibição

pelo sulfato)• Precipitação de sais (geração de resíduos sólidos)• Combustão do vinhoto concentrado (custo

elevado, fusão dos sais)

Rotas para tratamento do vinhoto

CONCLUSÕES

• A agroindústria canavieira seqüestra CO2, contribuindo para diminuir o aquecimento global.

• O resultante entre a energia empregada na agroindústria e a recuperada na produção de etanol e biomassa é positiva;

• O setor vem a contribuir expressivamente com a oferta de combustível líquido de origem renovável.

• A otimização da utilização do bagaço como energético na produção de etanol ira gerar excedentes de biomassa lignocelulósica com potencial para a produção de etanol e outros produtos.

• A recuperação dos resíduos da colheita ira a aumentar a disponibilidade de biomassa.

• Do aproveitamento da sacarose contida na cana e o bagaço como energético avança-se em direção a um aproveitamento integral da cana de açúcar.



•A hidrólise do bagaço torna-se uma meta estratégica paraaumentar a oferta de etanol por hectare cultivado.

•Os processos hidrolíticos não têm atingido ainda viabilidadetécnica e econômica, sendo necessário aperfeiçoar estes.

•Resíduos da Agroindústria irão constituir uma fonte importantede matérias primas para a Indústria química, por se tratarem deuma fonte de recursos renováveis de origem agrícola que nãoaumenta a emissão de CO2.

•O Setor que esta sendo impulsionado para altas taxas de crescimento da produção, devera continuar procurando práticas operacionais que evitem impactos ambientais negativos.

•Devera atender as metas previstas de abolição da queima de cana.

•Processos para redução do volume e tratamento do vinhoto geradodeveram ser implantados.

Formação de Pessoal em Biocombustíveis

Universidade Federal de São Carlos

Cursos Envolvidos:

- Curso de Graduação em Engenharia Química

Início : 1976

alunos: 80/ano

- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Início: 1982 (mestrado) e 1990 (doutorado)

alunos: 53 mestrandos e 66 doutorandos

alunos já formados:

Mestres: 341

Doutores: 154

Especializações:

- Mestrado: Especialização em

Biocombustíveis

- Doutorado: Especialização em

Biocombustíveis

Linhas de pesquisa em biocombustíveis, em andamento no DEQ-UFSCar, nos quais os alunos desenvolverão suas atividades:

- Processos fermentativos para produção de etanol

- Alcoolquímica

- Novos processos para produção de etanol a partir de bagaço de cana-de-açúcar

- Produção de biodiesel pela rota etílica em processo heterogêneo

- Produção de Hidrogênio, Gás de Síntese e Combustíveis a partir do Biogás

Outras Linhas de pesquisa voltadas para combustíveis:

- Valorização do gás natural (produção de hidrogênio e de gás de síntese)

- Refino de petróleo e petroquímica (craqueamento de hidrocarbonetos,

hidrotratamento, isomerização).

Disciplinas:

- Produção de Biocombustíveis via Alcoolquímica

- Produção de Biocombustíveis via rotas Bioquímicas

- Termodinâmica de Biocombustíveis

- Introdução à Catálise Heterogênea

- Tópicos em Reatores Químicos Heterogêneos

- Tópicos em Biotecnologia

- Operações Unitárias da Indústria Química 4

- Controle de Bioprocessos

- Aproveitamento de Resíduos e Co-produtos das Cadeias do Biodiesel e Etanol

-Pós – Graduação:

- Introdução à Catálise Heterogênea – M/D

- Reatores Bioquímicos – M/D

- Controle Ambiental – M/D

- Limpeza de Gases – M/D

- Tópicos Especiais em Produção de Biocombustíveis via Catálise Heterogênea – M/D

- Tópicos Especiais em Produção de Biocombustíveis – Rotas Bioquímicas – M/D

- Metodologias para Análise e Controle de Qualidade de Etanol e Biodiesel – M/D

- Engenharia de Bioprocessos e Sistemas – M/D

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CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA · 2020. 3. 2. · prof. vanderlei i paula [email protected] centro universitÁrio padre anchieta